-Un sujet de débats passionnés mais souvent peu supporté par des connaissances scientifiques   -La radioactivité est partout dans notre environnement quotidien (RADON, rayons cosmiques ), la terre, notre corps, . . sont radioactifs. . . . .   -on peut la créer artificiellement   -la radioactivité est un phénomène physique naturel depuis l'origine de l'univers   -elle est indétectable par nos sens   -elle se détecte et se mesure très précisément démonstration: échantillon minerai d'uranium   -on ne voit pas, on ne sent rien -on mesure diffèrentes choses avec des sondes diffèrentes -le signal diminue rapidement quand on s'éloigne,ou si on interpose un écran, comme un parasoleil pour le soleil -il y a plusieurs types de rayonnement, ceci se constate par les différents écrans(papier, acier, plomb... ) -très loin, on mesure encore quelque chose,c'est la radioactivité naturelle dans la salle de conférence   -la radioactivité est très utilisée dans les recherches du fait de la très grande sensibilité des mesures -mon propos est de vous apporter quelques données scientifiques sur la radioactivité et de vous présenter des applications de ce phénomène physique universel l’atome

UNIVERS ET ATOMES   -tout est complexe et de l'infiniment grand à l'infiniment petit des découvertes sont faites et seront encore faites! -le phénomène de la vie reste encore bien mal connu et se révèle infiniment complexe - que dire de l'âme pour les croyants ou de l'esprit pour les rationalistes ! quel est le support ! -les magnétiseurs parlent de « fluide », de transfert d'énergie! charlatans ou support encore inconnu -pour la connaissance de la matière minérale ou biologique, la connaissance de l'univers des machines de plus en plus complexes sont construite et la course se poursuivra sans fin -on ne connaît pas le support de la gravitation ,de l'attraction réciproque des masses qui régissent le fonctionnement de l'univers ,pourquoi conserve-t-on les pieds sur terre! La Radio acti vité

Historique 1895 - Les rayons X - Rœntgen (A) Antiquité : philosophe grec: Démocrite: idée d’une partie de matière insécable 1895 - Les rayons X - Rœntgen (A) 1896 - découverte de « rayons » émis par des sels d'Uranium - H. Becquerel (F) 1898 – découverte du Polonium puis du Radium - P. et M. Curie (F) 1899 – Rutherford élabore une théorie du phénomène radioactif 1915 - Structure de l'atome - Bohr (D) noyau, protons , électrons 1932 –Chadwick met en évidence le neutron 1934 - La radioactivité artificielle - F. Joliot et I. Curie (F) 1938-39 - La fission de l'Uranium - Hahn, Strassmann, Meitner (A) 1939 - La réaction en chaîne - brevet Joliot et Kowarsky (F) 1942 -la pile atomique de Fermi (Chicago) 1945 – l’arme atomique 1948 - La pile ZOE (REA) (F - EL1) 1952 - Pile expérimentale (F - EL2) 1957 - Pile expérimentale (F - EL3) 1956 Marcoule (kWh nucléaire) (F - G 1) Brennilis (F- EL4) Futur: La fusion - ( le soleil sur terre) TOKOMAK et ITER

d R/d environ 10 000 L’atome un noyau des électrons Modèle de Niels BOHR des électrons d un noyau R/d environ 10 000 R environ 1 angström = 10-10 m = 0,1 nanomètre = 1/10 de milliardième de mètre 

e- 1 électron - 1 proton + L’atome d’hydrogène

Exemple d’atome simple 2 protons ++ 2 neutrons 2 électrons - - 1 proton + 1 électron 1 charge - Électron Charge - Neutron Charge 0 Proton 1 charge +

Au centre un noyau constitué de protons et de neutrons Des électrons gravitent autour du noyau sur des orbites La charge électrique du noyau est positive. La charge des électrons est négative et opposée. Les forces sont de nature électrique.

La mécanique quantique Le proton, le neutron ?? La mécanique quantique

Congrès Solvay de 1927 sur la mécanique quantique  Congrès Solvay de 1927 sur la mécanique quantique. de gauche à droite : - Auguste Piccard, X, X, X, X, Erwin Schrödinger,X, X, Werner Heisenberg, X, Léon Brillouin, X - X, X, X, Paul Dirac, Arthur Compton, Louis de Broglie, X, Niels Bohr, -  Irving Langmuir, Max Planck, Marie Curie, Lorentz, Albert Einstein, Paul Langevin, X,X,X

1 proton peut se transformer en 1 neutron avec éjection d’un électron de charge positive et d’un neutrino (radioactivité Béta plus) 1 proton qui a une charge positive + et reçoit une charge e - devient 1 neutron en libérant 1 neutrino 1 électron qui s’en va de l’atome : radioactivité Beta moins

La dimension de chaque atome s’exprime en ANGSTRÖM 1/10 milliardième de mètre La dimension de l’atome est de l’ordre de l’angström. C’est la dimension des orbites électroniques mais le noyau est 10 000 fois plus petit. Chaque atome a ses dimensions bien particulière Le plus petit de 0,3 angström Les plus grands 3 angströms 1 angström = 10-10 m = 0,1 nanomètre = 1/10 de milliardième de mètre

La Structure électronique de l’atome est en couches déterminées par la mécanique quantique Dans l’ordre de remplissage K,L,M, N, O …. K

M L K Les électrons sont répartis selon des couches définies par la mécanique quantique M L K

Atome de fluor

Entre chaque couche et sous couche pour chaque atome, des différences de niveau d’énergie. Les électrons vont « sauter » spontanément ou sous l’effet d’un « chocs externe », d’une sous-couche et couche libérant une énergie caractéristique de chaque atome représentée ici par des vecteurs. Chaque longueur de vecteur correspond à une énergie précise libérée à chaque saut d’électron qui se réarrange d’une sous-couche ou couche à une autre.

On a vu le noyau le plus simple, l’Hydrogène. Le noyau le plus lourd existant naturellement est l’uranium : 92 protons et 146 neutrons; on peut dire Uranium 238 (92 + 146) , mais il existe aussi uranium 235 (143 neutrons), uranium 234 (142 neutrons), toujours 92 électrons … Ces Uranium sont nommés isotopes de l’Uranium…

Nb de protons Nb de neutrons Il existe, ou on peut fabriquer, de nombreuses combinaisons de nombre de protons et de nombre de neutrons mais celles-ci seront plus ou moins stables selon le « nuage » ci-dessous; en noir les plus stables, moins stable quand le rapport neutron / proton s’écarte de la zone médiane noire Nb de protons Nb de neutrons

H O U n 1 1 1 16 238 8 92 Neutron hydrogène oxygène uranium Numéro atomique : c’est le nombre de protons du noyau Il caractérise un élément en chimie H =1, O=8, C= 6, U =92…. ) Masse atomique: cette notion permet de faire la relation entre l’échelle atomique et notre échelle de perception habituelle. Par convention on prend la masse du noyau d’hydrogène (un proton) masse 1 ; le neutron a aussi une masse atomique de 1 La masse atomique d’un atome est la somme du nombre de protons et de neutrons (Uranium 238 (92 + 146) . Pour l’écriture la lettre est le symbole atomique de l’élément, le chiffre en bas à gauche est le numéro atomique Le chiffre en haut à gauche est la masse atomique nombre de proton plus nombre de neutron : mais comme U pour uranium est nécessairement 92 on dit aussi uranium 238 et même parfois U8 H O U 1 1 16 238 n 1 8 92 Neutron hydrogène oxygène uranium

On parle de la notion d’atome- gramme directement liée à la masse atomique. Le nombre d’atomes dans un atome gramme est de 6,02. 10 puissance 23 : 6,02. 1023: c’est le nombre d’Avogrado. Il en est ainsi pour tous les « atomes -gramme): 1 gramme d’hydrogène contient 6,02 .1023 atomes élémentaires

Les associations d’atomes dépendent des électrons de la couche externe de chaque atome et de forces électriques correspondantes., on est dans le domaine des réactions chimiques atomes, molécules, chaines de molécules l’hydrogène 1 (une couche K) et l’oxygène 8 (une couche K complète à 2 et une couche L à 6 associent leurs électrons périphériques (hydrogène manque 1 e - et oxygène manque 2 e- dans sa dernière couche périphérique) les gaz « rares » ou neutres chimiquement: couche extérieure complète : K 2(He), K2 L 8 (Ne),K2L8M16Ar etc Ceci conduit au classement des éléments de la matière dit Tableau périodique ou Tableau de Mendeleïev; les éléments d’une même colonne ont les mêmes propriétés chimiques(valence).

H H O L’hydrogène a un électron périphérique, il en manque UN à l’hydrogène pour sa couche périphérique ; il en manque DEUX à l’oxygène pour compléter sa couche périphérique à 8 donc deux électrons d’hydrogène en commun, pour faire une molécule d’eau H2O

à suivre les Lavoisides

lanthanides actinides

Molécule? Molécule gramme? Les atomes s’associent pour former des molécules : Hydrogène H et oxygène O s’associent pour former de l’eau mais il faut deux atomes d’hydrogène pour un atome d’oxygène on écrit H2 + O donne H2O H: 1 proton et O: 8 protons et 8 neutrons donnent O16 Pour revenir à notre échelle on rappelle la convention de l’atome-gramme d’H qui est de un g . L’atome gramme d’oxygène sera: O 16 : 8 protons et 8 neutrons donc 16 g soit en poids d’une mole-gramme d’eau : 2g + 16g =18 g La molécule gramme (mole) de gaz oxygène O 2 (16+16 =32g) dans les conditions « normales » de température et de pression occupe un volume de 22,4 litres. Le nombre de molécule élémentaire correspondant à une mole est de 6,023 x 10 puissance 23, et ainsi quel que soit le gaz. On retrouve le nombre d’Avogadro 6,023 x 10 puissance 23 Une mole-gramme d’eau fera : 2g d’hydrogène H2 + 16g d’oxygène O =18 g Il y a toujours le même nombre de molécules dans des volumes égaux de gaz différents pris dans les mêmes conditions de température et de pression.

Notion d’isotope Prenons l’exemple du chlore naturel; le numéro atomique du chlore est de 17 (17 protons dans le noyau). Selon les définitions précédentes les éléments du tableau devraient avoir une masse atomique (neutrons plus protons) «nombre entier »; hors mesurés précisément les chiffres s’en éloignent parfois notablement: Pour le chlore naturel on trouve 35,5 pourquoi? En fait il y a plusieurs « variétés » de chlore stable dans la nature: Le chlore 35 d’abondance naturelle de 75,76 % Le chlore 37 d’abondance naturelle de 24,24% Le chlore 35 a 18 neutrons dans le noyau Le chlore 37 a 20 neutrons dans le noyau Au point de vue chimique ils ont les mêmes propriétés mais au point de vue physique et surtout nucléaire ça change tout . Il s’agit d’isotopes naturels du chlore. C’est une notion essentielle pour la radioactivité On parlera du chlore 35 et du chlore 37

Isotopes naturels de l’Hydrogène Deutérium Tritium

L’abondance relative des isotopes naturels est utilisée pour des études en paléontologie, paléoclimatologie car ce rapport a pu varier dans le temps et dans l’espace , sur la Terre (volcanologie) ou pour démontrer l’origine de matériaux extérieurs au système solaire (météorites)

Les puissances de 10 1 10 10² 10³ 106 1 10 100 1 000 1 000 000 déca hecto kilo méga d h k M à suivre Giga (G) 109 Tera (T) 1012 1/10 1/100 1/1000 déci centi milli m à suivre micro(μ) 10-6 nano (n) 10-9 pico (p) 10-12

Écriture lecture et expression des puissances de 10 Exposant unité Abréviation +12 Téra T + 9 Giga G + 6 Méga M + 3 Kilo K Unité de base légale 3 - 6 milli micro μ 9 - 12 nano pico N p m n

Les couches limitées comme ci-dessus en nombre d’électrons, sont subdivisées en sous couches s,p,d,f , elles mêmes limitées selon la théorie quantique: s 2 électrons couche K 2 =2 p 6 couche L 2+6 = 8 d 10 couche M 2+6+10 = 18 f 14 couche N 2+6+10+14 = 32 etc